连续催化重整再生器循环气相空间计算原理研究及应用

（中国石油化工股份有限公司九江分公司，江西 九江 332004）

关键字：连续重整；再生器；气相空间；再生氧气检测表；烧焦

催化重整(catalytic reforming)是以重石脑油为原料,在一定温度、压力、临氢和催化剂存在的条件下进行烃类分子结构重排反应,生产芳烃、高辛烷值重整汽油和副产大量氢气的工艺过程,是现代炼油和石油化工的支柱技术之一[1-5]。国产连续重整大致可分为原料预处理、重整反应分馏及催化剂循环再生三个过程，其中核心为催化剂再生过程。催化剂再生的好坏极大地影响了重整产物组成及液相收率。催化剂再生可分为催化剂烧焦、氧化氯化、干燥以及还原四个过程，其中催化剂烧焦过程要求低氧环境，以防床层超温，温度控制过程极为严苛。

连续重整装置催化剂再生过程，国内外研究者报道的关于水氯平衡[6-7]、烟气脱氯[8-10]、约翰逊网损坏[11-14]、异常处置[15-19]等一系列研究文献颇多。而关于再生器循环气相空间计算方法，文献记载较少。

在实际生产过程中，催化剂再生过程因某些因素需要中断，在重新启动催化剂再生过程时，需注氧烧焦，注氧过程一般通过经验操作，同时因再生循环气氧气检测表测量存在滞后，故时常出现氧含量超标，若后期置换则损耗时间较长。为解决此类问题，必须确定再生器烧焦循环气相空间的宏观尺寸，为注氧控制过程提供切实可行的量化控制方案，节约操作时间；同时，再生烧焦过程氧气检测表需定期校验。通过分析，可利用循环气相空间相关数据对再生循环气氧含量进行校验，为氧气检测表校验提供量化数据参考。为此，本文通过研究氧平衡的方法计算得出再生器烧焦循环气相空间宏观尺寸，并验证此方法的可行性，同时应用于再生循环气氧气检测表失真时量化循环气中氧含量及为氧气检测表校准提供参考依据。

1 连续重整再生器简介

国产超低压连续重整装置，因反应压力低，积碳速率快，设计者为实现连续生产而设置催化剂再生系统。催化剂再生系统核心设备为再生器，催化剂再生过程大致分为催化剂烧焦、氧化氯化、焙烧以及催化剂还原四个环节，国产再生器除催化剂还原未设置在再生器中，其余三个环节均在再生器内完成。催化剂在高温条件参与反应，负载积碳，为满足催化剂高活性，必须连续再生，其中积碳主要是通过低氧烧焦去除，所产生的热量由循环气带出，确保床层不超温，后经氧化氯化更新，进入干燥区，对催化剂中的水进行干燥，完成再生器内的三个环节。

烧焦过程床层温度控制较为严苛，在催化剂循环速率以及催化剂积碳量一定的条件下，主要通过调节循环气量以及循环气中氧含量控制床层温度，国产工艺包对应设置催化剂烧焦流程见图1。

图1 再生器烧焦循环气相空间简图

国产连续重整装置内的催化剂通过再生器连续再生，从而保证在较苛刻的条件下，保持较高的催化活性，故催化剂连续再生工段控制极为严苛。为保证催化剂再生过程稳定有序，工业运行正常，时常面临再生注氧问题，需通过一定的计算方法确定再生器烧焦循环气相空间的尺寸，以确保不会发生注氧过程超标而引起床层超温的现象。由于国产连续重整装置再生工段较为复杂，现场测定再生器烧焦循环气相空间的方法难度较大，通过校验再生器氧含量，计算确定再生器烧焦循环气相空间，并辅以试验结果论证该方法的可行性，最后给出再生注氧控制方案，以及确定再生循环气氧含量计算数值，为循环器氧气检测表是否失真提供参考数据。

2 再生器烧焦循环气相空间计算原理及其应用

2.1 再生器烧焦循环气相空间计算原理

再生器注氧烧焦过程，国产连续重整再生烧焦采用低氧烧焦，氧浓度一般控制在0.5%～0.8%（体积百分数），具体可根据再生器床层烧焦温度确定。在重整反应过程稳定条件下，一般待生催化剂积碳相对稳定，故烧焦过程中氧含量及注氧量波动较小，过程较为稳定。

再生器烧焦区气相空间庞大，要得到较为准确的数据，需要通过计算的方法，并辅以试验验证。再生器气相空间计算，通过一段时间内氧气注入量与循环气氧气检测表测量值之间的等量关系确定，计算表达式见式（1）。

式（1）中：V 为再生器烧焦循环气相空间；ωt为t 时刻循环气中氧含量；ω0为起始计算时刻循环气中氧含量；ω 为净化气中氧含量；V'为气泄漏量；QF为氧气注入量。

通过注氧量与系统氧含量恒等关系，可解得如下等式（2）。

基于再生器烧焦区循环气与氧氯化区因压差气封的原因，存在部分气体损耗，但损耗量测定存在一定难度，可以通过缩短注氧控制时间，则短时间内可认定泄漏量关于氧含量成线性关系，因此可以通过注氧结束后，测定注氧衰减速度来确定循环气泄漏量，记△ω 为t 时间段内循环气氧含量变化值，则可解得式（3）。

由式（3）可解得再生器烧焦循环气相空间V，等式化简如下：

通过式（4）可以计算得到再生器烧焦循环气相空间，其中要求积分时间合适，可以降低△ω 产生的误差，具体可通过衰减试验观察。

2.2 再生器烧焦循环气相空间测定应用及方法验证

注氧测定过程，催化剂停止运行，再生烧焦过程终止，通过测定一段时间内恒定注氧量，检测再生循环气氧含量变化，计算得出再生器烧焦循环气相空间。试验数据见表1。

表1 再生器烧焦循环气相空间计算数值

通过如上数据计算，可以得到该再生器烧焦循环气相空间为1968.11 m3。为对比上述数据，对应空白试验验证，验证数据见表2。

表2 再生器烧焦循环气相空间试验验证数值

通过上述数据对比，可以得到计算值为1968.11 m3，试验检验值为1923.07 m3，计算误差为2.34%，低于工程误差允许值，故此计算方法可行。

2.3 再生器烧焦区注氧控制应用

国产连续重整再生器烧焦过程，一般采取低氧烧焦。因循环气内氧含量较低，装置容氧能力有限，为使催化剂再生烧焦过程稳定有序，并及时移除反应产生的热量，则需稳定再生注氧量及循环气量。在再生烧焦过程中，再生注氧量与再生循环气氧含量处于串级控制，因循环气氧含量测定仪在测定过程中，再生循环气氧气检测表失真情况时有发生，故需及时校验。为防止再生循环气氧气检测表失真，导致氧含量超高而未提前控制致使催化剂床层超温的情况发生，可通过监测再生循环气中的储氧量以反向监测再生循环气氧气检测表是否失真。

在催化剂循环量以及催化剂积碳量稳定的状态下，可认为耗氧量是稳定的，因而可以通过后台计算机计算校验氧含量值，从而得到计算氧含量。计算氧含量与再生循环气氧气检测表测量值进行差值比较，得出是否需要校验氧气检测表，同时在氧气检测表失真状态下，可依靠计算氧含量来控制再生注氧量，维持正常烧焦，计算方法如式（5）所示。

式（5）中：△t 为响应时间，一般取氧气检测表响应时间。

通过式（5）可以解出当前t2+△t 时刻氧气检测表的计算值，此时可对比再生循环气氧气检测表值从而确定其是否失真。因该方法计算氧气检测表值是根据再生循环气相空间内储氧量所得，从而数据较为稳定，有一定的缓冲能力。

3 结论

国产超低压连续重整，其再生烧焦系统庞大，烧焦过程控制要求苛刻，为保证再生热停后及时开工，不影响催化剂再生过程，亟需解决再生循环气注氧问题。因此，本文通过对注氧过程进行物料平衡计算，给出计算再生器烧焦循环气相空间计算方法，并辅以试验验证，确定再生器烧焦循环气相空间的具体尺寸；同时，将其应用于再生氧气检测表的校验过程，作为氧气检测表是否失真的参考依据，该数据在氧气检测表失真情况下，可作为循环气氧含量以控制再生烧焦过程。通过计算及试验得到如下结论：

（1）再生器烧焦循环气相空间精确计算方法见式（2），但考虑再生器内部结构复杂，一般监测烧焦区与氯化区密封气量难度较大，但通过试验发现：较短时间内，循环气氧含量消减速度一定，同时再生循环系统运行稳定，可认为其循环气外排量为一定值，给出式（4）计算值。

（2）某石化公司采用国产连续重整装置，通过计算及试验验证可得：该再生器烧焦循环气相空间计算值为1968.11 m3，试验校验值为1923.07 m3，误差为2.34%，在工程允许误差范围内，可认定方法可行。

（3）通过上述再生器烧焦循环气相空间尺寸，将其应用于再生氧气检测表失真校验过程，给出对应校验方法，计算方法见式（5），其中响应时间一般取再生氧气检测表响应时间。